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EP-4088124-B1 - HIGH CURRENT SOURCE FOR A TEST SYSTEM FOR TESTING AN ELECTRICAL POWER DEVICE, AND TEST SYSTEM

EP4088124B1EP 4088124 B1EP4088124 B1EP 4088124B1EP-4088124-B1

Inventors

  • BITSCHNAU, Lukas
  • SCHEDLER, HORST

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210108

Claims (15)

  1. A high-current source (200) for a test system for testing an electrical energy apparatus (30), comprising: a first plurality (210) of first switchable half-bridges (212) that are connected in parallel and through the number of which a test current is divided redundantly; a second plurality (220) of second switchable half-bridges (222) that are connected in parallel and through the number of which the test current is divided redundantly; and a control unit (280) that is configured to control, based on an input signal, the first plurality (210) of first switchable half-bridges (212) and the second plurality (220) of second switchable half-bridges (222) in such a way that an output signal for the test current is present on a bridge branch (230) between the first switchable half-bridges (212) and the second switchable half-bridges (222), which output signal corresponds to the input signal, characterized in that the high-current source (200) is configured for generating a test current adapted for testing an electrical energy apparatus (30) of an energy supply network, and wherein the first plurality (210) of first switchable half-bridges (212) and the second plurality (220) of second switchable half-bridges (222) are configured to generate a current of at least 500 A as the test current.
  2. The high-current source (200) as claimed in claim 1, which furthermore has: a first high-current connection (236) for connecting a first connection point of the electrical energy apparatus (30); and a second high-current connection (237) for connecting a second connection point of the electrical energy apparatus (30); wherein the first high-current connection (236) is electrically connected to the first side (231) of the bridge branch and the second high-current connection (237) is electrically connected to the second side (232) of the bridge branch, wherein the first switchable half-bridges (212) each have two controllable switching elements (216, 217) that are connected in series with a connecting point (218); wherein the second switchable half-bridges (222) each have two controllable switching elements (226, 227) that are connected in series with a connecting point (228); wherein the connecting points (218) of the first switchable half-bridges (212) are connected in parallel and are electrically connected to a first side (231) of the bridge branch (230); wherein the connecting points (228) of the second switchable half-bridges (222) are connected in parallel and are electrically connected to a second side (232) of the bridge branch (230); and wherein the control unit (280) is configured to control the controllable switching elements.
  3. The high-current source (200) as claimed in claim 2, wherein: the connecting points (218) of the first switchable half-bridges (212) are each electrically connected to the first side (231) of the bridge branch via a filter element (213); and the connecting points (228) of the second switchable half-bridges (222) are each electrically connected to the second side (232) of the bridge branch via a filter element (223).
  4. The high-current source (200) as claimed in claim 2 or claim 3, which furthermore has a temperature sensor apparatus (268) that is configured to capture a temperature at the first or at the second high-current connection (236, 237); wherein the control unit (280) is configured to activate a fault mode of the high-current source (200) and to limit a current of the output signal depending on whether the temperature is above a predetermined temperature limit value.
  5. The high-current source (200) as claimed in any one of claims 2 to 4, which furthermore has a positive supply rail (242) for distributing a positive supply voltage and a negative supply rail (246) for distributing a negative supply voltage; wherein one of the two controllable switching elements (216; 226) of each of the first and second switchable half-bridges (212; 222) is electrically connected to the positive supply rail (242) and a different one of the two controllable switching elements (217; 227) of each of the first and second switchable half-bridges (212; 222) is electrically connected to the negative supply rail (246).
  6. The high-current source (200) as claimed in any one of the preceding claims, which furthermore has an energy supply apparatus (240) with a plurality of double-layer capacitors (241) that is configured to provide a positive supply voltage and a negative supply voltage for the first and second switchable half-bridges (212, 222) and to buffer the positive and/or negative supply voltage by means of the double-layer capacitors.
  7. The high-current source (200) as claimed in claim 6, wherein the energy supply apparatus (240) is configured to receive electrical energy via an energy supply connection arrangement (248) of the high-current source and to provide the positive and the negative supply voltage in a manner galvanically isolated (249) from the electrical energy received.
  8. The high-current source (200) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the control unit (280) is configured to receive the input signal via an input connection arrangement (288) of the high-current source and to control the first and second switchable half-bridges (212, 222) in a manner galvanically isolated (289) from the input signal.
  9. The high-current source (200) as claimed in any one of the preceding claims, which furthermore has a current sensor apparatus (281, 282) with a plurality of current sensors, wherein the high-current source (200) is configured to regulate a DC voltage offset and/or DC current offset by means of an offset regulation apparatus of the high-current source.
  10. The high-current source (200) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the number of the first or the second switchable half-bridges (212, 222) is at least twenty; and/or wherein the number of the first switchable half-bridges (212) is equal to the number of the second switchable half-bridges (222).
  11. The high-current source (200) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the first plurality (210) of first switchable half-bridges (212) and the second plurality (220) of switchable half-bridges (222) are configured to generate at least one AC current with a frequency of at least 3 kHz or a DC current as the test current.
  12. The high-current source (200) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the first plurality (210) of first switchable half-bridges (212) and the second plurality (220) of second switchable half-bridges (222) are designed in the form of an integral unit (201) and are arranged in a common housing (204).
  13. A test system (10) for testing an electrical energy apparatus (30) with a test current, comprising: a portable main device (100) with a housing (104) that has a module slot (140) for accommodating and connecting to an expansion module, and a connection arrangement (120) arranged on the housing (104) for connecting to a portable additional device; and a high-current source (200) as claimed in any one of the preceding claims as the expansion module; wherein the high-current source (200) furthermore has a housing (204) for the module slot (140) and, arranged on the housing (204), an energy supply connection arrangement (248), an input connection arrangement (288) and a first and a second high-current connection (236; 237); wherein the portable main device (100) furthermore has: a measuring apparatus (160) for measuring measured variables, and a control apparatus (180) for controlling the measuring apparatus (160) and the high-current source (200) for testing the electrical energy apparatus (30); wherein the portable main device (100) is configured to control the high-current source (200), when it is accommodated in the module slot (140), via the input connection arrangement (288) and to supply said high-current source with energy via the energy supply connection arrangement (248); and wherein the high-current source (200) is configured, controlled by the control apparatus (180), to generate an output signal between the first (236) and the second (237) high-current connection and therefore to provide the test current.
  14. The use (800) of a high-current source as claimed in any one of claims 1 to 12 or of a test system as claimed in claim 13 for testing an electrical energy apparatus of an energy supply network with a test current.
  15. The use (800) as claimed in claim 14, wherein the test comprises at least one measurement by a measuring apparatus (160) that is selected from a group comprising: - a microohm measurement; - a winding resistance measurement; - a CT ratio measurement; and - a circuit breaker measurement.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Hochstrommesstechnik und betrifft insbesondere eine Hochstromquelle für ein Prüfsystem zur Prüfung einer Elektroenergieeinrichtung und ein Prüfsystem mit einer solchen Hochstromquelle. HINTERGRUND In elektrischen Energieversorgungsnetzen werden üblicherweise Elektroenergieeinrichtungen wie Leistungstransformatoren oder Schaltanlagen zum Wandeln und Verteilen von elektrischer Energie eingesetzt. Auch werden hierbei gewöhnlich weitere Elektroenergieeinrichtungen wie Hochspannungswandler oder Hochstromwandler - etwa als Messwandler zum Messen von in einem Stromnetz auftretenden Spannungen und Strömen -, Leistungsschalter - wie Primärrelais oder Sekundärrelais, oder etwa zum Verteilen von elektrischer Energie oder als Bestandteile eine Schutzsystems - und Leistungsgeneratoren eingesetzt. Auch im industriellen Umfeld, insbesondere zur Produktion, finden solche Elektroenergieeinrichtungen oder weitere Elektroenergieeinrichtungen wie elektrische (Leistungs-) Motoren Anwendung. Zur Inbetriebnahme oder zur Wartung von Anlagen mit solchen Elektroenergieeinrichtungen kann es erforderlich sein, deren Funktionen und Eigenschaften zu überprüfen. Hierbei können etwa elektrische Kontakte, das Schaltverhalten oder das Leitverhalten von einer Elektroenergieeinrichtung - wie einem Leistungsschalter, einem Transformator mit etwaigen Stufenschaltern, einer Erdungsanlage oder einer rotierenden Maschine etwa von einem Generator oder einem Elektromotoretwa mittels einer Messung des Widerstands mit einem Prüfstrom überprüft werden. Auch kann hierbei etwa mit einem Prüfstrom ein Übersetzungsverhältnis von einer Elektroenergieeinrichtung - wie einem Leistungstransformator oder einem Stromwandler - gemessen werden. Derartige Messungen können besonders relevant sein, da sich diese Funktionen und Eigenschaften etwa durch Alterung, Transportschäden, Herstellungsfehler, Kurzschlüsse oder einer Magnetisierung eines (Transformator-) Kerns ändern können und folglich ein regelmäßiges Monitoring zur Sicherstellung der Betriebssicherheit der Elektroenergieeinrichtung sowie der entsprechenden Hochspannungsanlage nötig sein kann. Derartige Messungen werden häufig im Feldeinsatz - also im Außenbereich oder in einer industriellen Umgebung - durchgeführt. Dabei sollen die verwendeten Gerätschaften besonders für den Feldeinsatz ein geringes Gewicht haben und für den Transport zum jeweiligen Einsatzort robust sein. Dokument DE102012222944 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Aggregats in einem Kraftfahrzeug mit Strom, mit wenigstens zwei parallel geschalteten Halbbrücken aufweisend jeweils zwei Transistoren, wobei jede der wenigstens zwei Halbbrücken in einem H-Brücken-Schaltungsbaustein integriert ist, der eine integrierte Recheneinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen aktiven Freilauf für die integrierte Halbbrücke nach Maßgabe eines Aktivierungssignals zu aktivieren oder zu deaktivieren. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Es besteht daher Bedarf, ein Prüfen von Funktionen und Eigenschaften von Elektroenergieeinrichtungen mit einem Prüfstrom zu verbessern und dabei insbesondere eine Hochstromquelle hierfür und ein Prüfsystem robuster, einfacher transportierbar, verlässlicher oder sicherer zu machen. Die Erfindung erfüllt diesen Bedarf jeweils durch eine Hochstromquelle für ein Prüfsystem zur Prüfung einer Elektroenergieeinrichtung gemäß Anspruch 1, durch ein Prüfsystem gemäß Anspruch 15 zur Prüfung einer Elektroenergieeinrichtung mit einem Prüfstrom sowie durch eine Verwendung einer solchen Hochstromquelle oder eines solchen Prüfsystems zur Prüfung einer Elektroenergieeinrichtung mit einem Prüfstrom gemäß Anspruch 16. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Hochstromquelle für ein Prüfsystem zur Prüfung einer Elektroenergieeinrichtung. Die Hochstromquelle weist eine erste Vielzahl an ersten schaltbaren Halbbrücken, die parallel geschaltet sind und durch deren Anzahl ein Prüfstrom redundant aufgeteilt wird, auf. Zudem weist die Hochstromquelle eine zweite Vielzahl an zweiten schaltbaren Halbbrücken, die parallel geschaltet sind und durch deren Anzahl der Prüfstrom redundant aufgeteilt wird, auf. Eine Ansteuerungseinrichtung der Hochstromquelle ist eingerichtet, basierend auf einem Eingangssignal die erste Vielzahl an ersten schaltbaren Halbbrücken und die zweite Vielzahl an zweiten schaltbaren Halbbrücken derart anzusteuern, dass an einem Brückenzweig zwischen den ersten schaltbaren Halbbrücken und den zweiten schaltbaren Halbbrücken ein Ausgangssignal für den Prüfstrom anliegt, welches dem Eingangssignal entspricht. Ein Vorteil der Hochstromquelle und des damit hohen maximal erzeugbaren Stroms als Prüfstrom - etwa 500 A oder sogar im kA-Bereich - kann insbesondere darin liegen, dass es ermöglicht wird, die Elektroenergieeinrichtung mit einem Prüfstrom zu prüfen,